數控機床的plc設計-資料下載頁

　　

【正文】 alone type)PLC。1) 內裝型PLC內裝型PLC(或稱內含型PLC、集成式PLC)從屬于CNC 裝置，PLC 與NC 間的信號傳送在CNC 裝置內部即可實現。PLC 與機床(簡稱MT)之間則通過CNC I/O 接口電路實現信號傳送。 所示為具有內裝型PLC 的CNC 機床系統框圖。內裝型 PLC 有如下特點。(1) 內裝型PLC 實際上是CNC 裝置帶有的PLC 功能，一般作為一種基本的或可選擇的功能提供給用戶。(2) 內裝型PLC 的性能指標(如：I/O 點數，程序最大步數，每步執行時間、程序掃描周期、功能指令數目等)是根據所從屬的CNC 系統的規格、性能、適用機床的類型等確定的。其硬件和軟件部分是被作為CNC 系統的基本功能或附加功能與CNC 系統其他功能一起統一設計、制造的。因此，系統硬件和軟件整體結構十分緊湊，且PLC 所具有的功能針對性強，技術指標亦較合理、實用，尤其適用于單機數控設備的應用場合。(3) 在系統的具體結構上，內裝型PLC 可與CNC 系統共用CPU，也可以單獨使用一個CPU；硬件控制電路可與CNC 系統其他電路制作在同一塊印制電路板上，也可以單獨制成一塊附加板，當CNC 裝置需要附加PLC 功能時，再將此附加板插裝到CNC 裝置上，內裝PLC 一般不單獨配置I/O 接口電路，而是使用CNC 系統本身的I/O電路。PLC控制電路及部分I/O 電路(一般為輸入電路)所用電源由CNC 裝置提供，不需另備電源。圖 具有內裝型PLC 的CNC 機床系統框圖(4) 采用內裝型PLC 結構，CNC 系統可以具有某些高級的控制功能。如：梯形圖編輯和傳送功能，在CNC 系統內部直接處理NC 窗口的大量信息等。國內常見外國公司生產的帶有內裝型PLC 的系統有：FANUC 公司的FS—0(PMC—L/M)、FS—0 Mate(PMC—L/M)、FS—3(PLC—D)、FS—6(PLC—A、PLC—B)、FS—10/11(PMC—1)、FS—15(PMC—N)，SIEMENS 公司的SINUMERIK 8SINUMERIK 820，AB公司的8200、8400、8600 等。2) 獨立型PLC獨立型PLC 又稱通用型PLC。獨立型PLC 是獨立于CNC 裝置，具有完備的硬件和軟件功能，能夠獨立完成規定控制任務的裝置。 所示為具有獨立型PLC 的CNC機床系統框圖。獨立型PLC 有如下特點。(1) 獨立型PLC 具有如下基本的功能結構：CPU 及其控制電路、系統程序存儲器、用戶程序存儲器、I/O接口電路、與編程機等外部設備通信的接口和電源等()。(2) 獨立型PLC 一般采用積木式模塊化結構或籠式插板式結構，各功能電路多做成獨立的模塊或印制電路板，具有安裝方便，功能易于擴展和變更等優點。例如，可采用通信模塊與外部I/O 設備、編程設備、上位機、下位機等進行數據交換；采用D/A 模塊可以對外部伺服裝置直接進行控制；采用計數模塊可以對加工工件數量、刀具使用次數、回轉體回轉分度數等進行檢測和控制，采用定位模塊可以直接對諸如刀庫、轉臺、直線運動軸等機械運動部件或裝置進行控制。圖 具有獨立型PLC 的CNC 機床系統框圖(3) 獨立型PLC 的輸入/輸出點數可以通過I/O 模塊或插板的增減靈活配置。有的獨立型PLC 還可通過多個遠程終端連接器構成有大量輸入/輸出點的網絡，以實現大范圍的集中控制。在獨立型PLC 中，那些專為用于FMS、FA 而開發的獨立型PLC 具有強大的數據處理、通信和診斷功能，主要用作“單元控制器”，是現代自動化生產制造系統重要的控制裝置。獨立型PLC 也用于單機控制。國外有些數控機床制造廠家，或是為了展示自己長期形成的技術特色，或是為了對某些技術絕竅進行保密，或純粹是因管理上的需要，在購進的CNC系統中，舍棄了PLC 功能，而采用外購或自行開發的獨立型PLC 作控制器，這種情況在從日本、歐美引進的數控機床中屢見不鮮。國內已引進應用的獨立型PLC 有：SIEMENS 公司的SIMATI C S5 系列產品，AB公司的PLC 系列產品，FANUC公司的PMC—J 等。 機床控制程序的設計流程、輸出信號，確定哪些機床信號（如按鈕、行程開關、繼電器觸點、無觸點開關的信號等）需要輸入給PLC，哪些信號需要從PLC輸出給數控機床（如繼電器線圈，指示燈以及其他的執行電路），從而計算出對于PLC的輸入、輸出線的數目。注意：從機床直接送至NC的信號線也應包括在從機床到PLC的輸入線的數目中。 機床控制程序的設計流程圖，估算出所要求的PLC的存貯器的容量。存儲器容量視機床的復雜程度而定，一般，數控車床約1000步，小型加工中心約1500步，復雜、型的加工中心約5000步。、輸出線的數目和所估算的PLC存貯器量，以及所選用的數控系統，選用適配的PLC。不同的數控系統，與之配用的PLC也不同。如發那科的6T/6M數控系統要配用發那科的PCB，而發那科的3T/3M數控系統則要配用發那科的PCD。西門子公司的SINUMERIK 3T/3M要配用西門子公司的S5130W(B)型PLC等等。根據PLC所給定的地址范圍，對每個與PLC控制有關的信號賦予專用的信號名和地址。凡是輸入給PLC的信號（如從機床輸入給PLC或從NC輸入給PLC）均稱為PLC的輸入，凡是從PLC輸出的信號（如從PLC輸出給機床或從PLC輸出給NC）均稱為PLC的輸出。根據這個原則可以制作PLC的輸入和輸出地址表。另外，還控制繼電器地址表、計時器地址表、計數器地址表、數據地址表以及保持繼電器地址表等。根據PLC所指定的表達方式和對機床的控制要求，制作順序控制圖（梯形圖）。即用PLC的指令來描述梯形圖的內容，以便于把梯形圖上的順序程序寫入到存貯器中。寫入順序程序有好幾種方法，如用編程器鍵盤寫入，用紙帶閱讀機讀入穿有順序程序的紙帶內容等。，把順序程序寫入到EPROM中。可以用模擬裝置代替機床，根據機床的狀態，用開關狀態的“閉合”和“斷開”來模擬機床的輸入信號，用燈的亮或滅來檢查PLC的輸出信號。，如果認為程序無誤，則機床的控制程序的設計就完成了，如果程序有誤，則應該修改程序后，再從第7步開始重復調試。直到認為程序無誤為止。 小結本章關于CNC系統主要介紹了它的軟硬件結構組成和CNC系統的功能與一般的工作過程；可編程控制器（PLC）是現代數控系統中不可或缺的重要組成部分，本章主要介紹了它的基本功能、基本結構和它的一般工作過程，并主要介紹了其在數控機床上的應用。PLC 在立式車床中的應用 立式車床概況立式車床是一種自動化程度要求較高的機電設備，一般應用于冶金行業，車制各種大型工件。它通常采用繼電器邏輯控制方式，傳統的繼電器控制系統中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器，由于控制觸點多，電控系統故障率高，檢修周期長。立式機床使用年月久后，電氣控制系統線路老化，繼電器故障頻繁，檢修困難。用PLC 改造傳統繼電器控制系統是很好的方法。它可以充分發揮PLC 高可靠性、高抗干擾的特點，壽命長、維修量少、查找外部線路簡單。用PLC 對系統進行邏輯控制和變速位置的數據處理，較好地實現了原工藝要求，簡化了線路，提高了可靠性和機床的運行率。 PLC應用于立式車床的現實意義目前PLC已經廣泛應用于所有的工業部門，隨著其性能價格比的不斷提高，PLC的應用范圍不斷擴大，發展也十分迅速，在工業自動控制系統中占有極其重要的地位。其主要優點如下所示：（1）可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統具有極高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齊全，功能完善，適用性強PLC發展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品。可以用于各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代PLC大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術的發展，使用PLC組成各種控制系統變得非常容易。（3）易學易用，深受工程技術人員歡迎PLC作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業控制打開了方便之門。（4）系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。（5）體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。 C5112B立式車床運行機構簡介C5112B 立式車床電氣系統采用的是常規繼電控制系統,因而線路復雜、故障率高、維修困難。針對這些情況,從經濟性、可靠性、先進性、簡易性等多方面考慮,選用了可編程控制(PLC) 技術來進行電氣系統的技術改造。 C5112B 立式車床主拖動電動機有7 臺,分別是: a: 液壓泵電動機。該電動機控制工作臺變速與啟動、橫梁升降機構放松等,同時給潤滑系統提供潤滑油。b：工作臺(主軸) 電動機。采用Y—△降壓方式啟動及能耗制動。c：垂直刀架快移電動機。d：垂直刀架進給電動機。刀架進給運動采用雙速電動機。e：側刀架快移電動機。f：側刀架進給電動機。刀架進給運動采用雙速電動機。g：橫梁升降電動機。 相對應的控制部分有:a: 電路工作準備狀態。b: 工作臺的啟停、制動和點動,以及變速。c: 橫梁上下運動。d: 刀架上下、左右運動(垂直刀架、側刀架) 。e：照明和工作指示等輔助部分。 C5112B 立式車床的動作流程如圖31 所示:圖 31 立式車床動作流程圖 PLC 控制系統的設計 硬件設計PLC是20世紀70年代以來以微處理器為核心，綜合計算機技術、自動控制技術和通信技術發展起來的一種新型工業自動控制，被廣泛應用于各個領域，因為它具有幾個突出的特點：可靠性高，抗干擾強；編程簡單，易于掌握；功能完善，靈活方便；體積小，質量輕，功耗低。根據該立式車床運行控制技術要求,該系統的I/O點數有67個，其中輸入信號34 個, 輸出信號33 個。選擇PLC機型時應留有一定的余量以便滿足今后生產的發展或工藝的改進。因此該設備可選用三菱FX2N 80MR 001 可編程控制器。該PLC有40個輸入點和40個輸出點，滿足控制要求。其I/ O 分配如表31 所示，PLC 外圍接線圖如圖32 所示。表31 　輸入、輸出信號及其地址編號表輸入信號輸出信號名稱功能編號名稱功能編號SB1總停與油泵停止按鈕X0KM1油泵啟動接觸器Y0SB2油泵啟動按鈕X1KM2主軸工作接觸器Y1SB3主軸（工作臺）停止按鈕X2KM3主軸△運行接觸器Y2SB4主軸（工作臺）啟動按鈕X3KM4主軸Y 運行接觸器Y3SB5主軸（工作臺）點動按鈕X4KM5主軸制動接觸器Y4SB6主軸（工作臺）變速按鈕X5KM6垂直刀架快移接觸器Y5SB7垂直刀架快移按鈕X6KM7垂直刀架進給一速接觸器Y6SB8垂直刀架進給停止按鈕X7KM8垂直刀架進給二速接觸器Y7SB9垂直刀架進給啟動按鈕X10KM9垂直刀架進給二速接觸器Y10SB10側刀架快移按鈕X11KM10垂直刀架向上運動接觸器Y11SB11側刀架進給停止按鈕X12KM11垂直刀架向下運動接觸器Y12SB12側刀架進給啟動按鈕X13KM12側刀架快移接觸器Y13SB13橫梁上升按鈕X14KM13側刀架進給一速接觸器Y14SB14橫梁下降按鈕X15KM14側刀架進給二速接觸器Y15SQ1主軸變速行程開關X16KM15側刀架進給二速接觸器Y16SQ2垂直刀架左限位行程開關X17KM16側刀架向上運動接觸器Y17SQ3側刀架上限位行程開關X20KM17側刀架向下運動接觸器Y20SQ4橫梁放松行程開關X21KM18橫梁向上運動接觸器Y21SQ5橫梁上限位行程開關X22KM19橫梁向下運動接觸器Y22SQ6橫梁下限位行程開關X23KA1垂直刀架進給離合器Y23SA11垂直刀架一速轉換開關X24KA2垂直刀架垂直運動離合器Y24SA12垂直刀架二速轉換開關X25KA3垂直刀架水平制動離合器Y25SA21垂直刀架向上運動十字開關X26KA4垂直刀架垂直制動離合器Y26SA22